Thiết kế bộ chỉnh lưu công suất 1 pha

Mạch chỉnh lưu là một mạch điện điện tử chứa các linh kiện điện tử có tác dụng biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Mạch chỉnh lưu được dùng trong các bộ nguồn một chiều hoặc mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến trong các thiết bị vô tuyến. Trong mạch chỉnh lưu thường chứa các diode bán dẫn để điều khiển dòng điện và các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA  Tên đề tài: Thiết kế chế tạo nguồn chỉnh lưu công suất pha điều khiển động TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2020 -1- PHẦN I: Cơ sở lý thuyết chung động điện chiều 1.1 Giới thiệu chung động điện chiều: Như ta biết máy phát điện chiều dùng làm máy phát điện động điện Động điện chiều thiết bị quay biến đổi điện thành Nguyên lý làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ Động điện chiều sử dụng rộng rãi công nghiệp giao thông vận tải Động điện chiều gồm loại sau đây: - Động điện chiều kích từ song song - Động điện chiều kích từ nối tiếp - Động điện chiều kích từ hỗn hợp 1.2 Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều gồm có phần : Phần tĩnh (stator) phần động (rôtor) 1.2.1 Phần tĩnh (stator) Gồm phần sau: a Cực từ chính: Cực từ phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện Cực từ gắn chặt vào vỏ nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện b Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều c Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy d Các phận khác - Nắp máy - Cơ cấu chổi than 1.2.2 Phần quay (rotor) Gồm phận sau: a Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ thông thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện hai đầu ép chặt lại Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào b Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng phần sinh s.đ.đ có dịng điện chạy qua Thường làm dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện -2- trịn, máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện với rãnh lõi thép c Cổ góp: Cổ góp hay cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình nhạn cách điện với lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ trịn Đi vành góp có cao lên để để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng d Các phận khác: - Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy: Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép Cacbon tốt 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều: b A F®t + n I a I c F ®t d B - Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U đặt vào chổi than A B dây quấn phần ứng có dịng điện Iư dẫn ab, cd có dịng điện nằm từ trường chịu lực điện từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ có phiến góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi đảm bảo động có chiều quay không đổi Khi động quay dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động E chiều s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động điện chiều sức điện động E ngược chiều với dòng điện I nên Eư gọi sức phản điện động Phương trình cân điện áp: U= Eư+Rư.Iư Trong đó: Rư: điện trở phần ứng -3- I ư: dòng điện phần ứng Eư: sức điện động Theo yêu cầu đề ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động điên chiều kích rừ độc lập Động điện chiều kích từ độc lập có dịng điện kích từ khơng phụ thuộc vào dịng điện phần ứng nghĩa từ thông động không phụ thuộc vào phụ tải mà phụ thuộc vào điện áp điện trở mạch kích từ + - U­ E I KT IKT UKT + - Hình2 : Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập 1.4 Phương trình đặc tính động điện kích từ độc lập Đặc tính quan hệ tốc độ quay mômen (M) động Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động vận hành chế độ định mức với đặc tính tự nhiên (Mđm , wđm) Đặc tính nhân tạo động đặc tính ta thay đổi thơng số nguồn hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động Để đánh giá, so sánh đặc tính người ta đưa khái niệm độ cứng đặc tính tính sau lớn (đặc tính cứng) tốc độ thay đổi M thay đổi nhỏ (đặc tính mềm) tốc độ giảm nhiều M tăng đặc tính tuyệt đối cứng 1.4.1 Sơ đồ nguyên lý: + - U­ + E­ CKT RKT -4E­ Rf - U­ Rf IKT CKT RKT Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động điện chiều Khi nguồn điện chiều có cơng suất lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào nguồn chiều độc lập 1.4.2 Phương trình đặc tính cơ: Trường hợp Rf= 0: U= E + Iư.Rư (1) Trong đó; E= Ke .n (2) Ke = : hệ số sức điện động động a: số mạch nhánh song song cuộn dây K= : hệ số cấu tạo động : tốc độ góc tính rad/s p: số đơi cực N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng Thế (2) vào (1) ta có: = (3) Hoặc: n= (4) Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(I ư) gọi phương trình đặc tính điện Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5): mômen điện từ động Suy ra: n= phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Hoặc: = = đó: : tốc độ khơng tải lý tưởng : độ sụt tốc độ 1.4.3.Ảnh hưởng thơng số tới tốc độ động cơ: Từ phương trình đặc tính cơ: = ta nhận thấy muốn thay đổi tốc độ ta thay đổi , Rf , U  Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const): -5- Độ cứng đặc tính cơ: = giảm Nếu Rf lớn tơcf độ động giảm đồng thời dịng ngắn mạch mơmen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ  Trường hợp thay đổi U< Uđm Tốc độ khơng tải giảm độ cứng đặc tính = const Khi thay đổi điện áp ta thu họ đường đặc tính song song Phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng khởi động  Ảnh hưởng từ thơng: Muốn thay đổi ta thay đổi dịng kích từ Ikt tốc độ khơng tải tăng Độ cứng đặc tính cơ: = giảm 1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập: 1.5.1 Khái niệm chung: 1.5.1.1 Định nghĩa: Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thơng… Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: Biến đổi thơng số phận khí tức biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản suất Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai Ngoài cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với tự động thay đổi tốc độ phụ tải thay đổi động điện Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác Khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dãy điều chỉnh tốc độ rộng 1.5.1.2 Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động điện ta cần ý vào tiêu sau để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện: -6- a Hướng điều chỉnh tốc độ: Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ làm việc động điện đường đặc tính tự nhiên b.Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh): Phạm vi điều chỉnh tốc độ D tỉ số tốc độ lớn n max tốc độ bé nmin mà người ta điều chỉnh giá trị phụ tải định mức: D = nmax/nmin Trong đó: - nmax: Được giới hạn độ bền học - nmin: Được giới hạn phạm vi cho phép động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị Phạm vi điều chỉnh lớn tốt phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống, khả phương pháp điều chỉnh c Độ cứng đặc tính điều chỉnh tốc độ: Độ cứng:  = M/n Khi  lớn tức M lớn n nhỏ nghĩa độ ổn định tốc độ lớn phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt phương pháp mà giữ nguyên nâng cao độ cứng đường đặc tính Hay nói cách khác  lớn tốt d Độ phẳng hay độ liên tục điều chỉnh tốc độ: Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục điều chỉnh tốc độ  đánh giá tỉ số hai cấp tốc độ kề nhau: = Trong đó: ni : Tốc độ điều chỉnh cấp thứ i ni + 1: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ ( i + ) Với ni ni + lấy giá trị moment  tiến gần tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ liên tục Lúc hai cấp tốc độ nhau, khơng có nhảy cấp hay cịn gọi điều chỉnh tốc độ vô cấp   : Hệ thống điều chỉnh có cấp e Tổn thất lượng điều chỉnh tốc độ: -7- Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao hệ thống có hiệu suất làm việc động  cao tổn hao lượng Pphụ mức thấp f Tính kinh tế hệ thống điều chỉnh tốc độ: Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa yêu cầu kỹ thuật hệ thống Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổ thông thiết bị máy móc lắp ráp lẫn cho 1.5.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng: Đối với máy điện chiều, giữ từ thông không đổi điều chỉnh điện áp mạch phần ứng dịng điện, moment khơng thay đổi Để tránh biến động lớn gia tốc lực động hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng thường áp dụng cho động chiều kích từ độc lập Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng nguồn điều áp như: máy phát điện chiều, biến đổi van khuếch đại từ… Các biến đổi dùng để biến dòng xoay chiều lưới điện thành dòng chiều điều chỉnh giá trị sức điện động cho phù hợp theo u cầu Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Ta có tốc độ khơng tải lý tưởng: n = Uđm/KEđm Độ cứng đường đặc tính cơ: Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động tốc độ khơng tải lý tưởng thay đổi độ cứng đường đặc tính khơng thay đổi Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp độ cứng đường đặc tính khơng thay đổi Họ đặc tính đường thẳng song song với đường đặc tính tự nhiên: n n0 ncb n1 n2 n3 TN ( Uđm ) U1 U2 U3 MC Uđm > U1 > U2 > U3 ncb > n1 > n2 > n3 M Hình 4: Họ đặc tính thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động -8- Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất giảm áp cho tốc độ nhỏ tốc độ n cb Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào nguồn có điện áp thay đổi cách liên tục ngược lại Theo lý thuyết phạm vi điều chỉnh D =  Nhưng thực tế động điện chiều kích từ độc lập khơng có biện pháp đặc biệt làm việc phạm vi cho phép: Umincp = nghĩa phạm vi điều chỉnh: D = ncb/nmin = 10/1 Nếu điện áp phần ứng U < U mincp phản ứng phần ứng làm cho tốc độ động không ổn định  Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động giữ nguyên độ cứng đường đặc tính nên dùng nhiều máy cắt kim loại cho tốc độ nhỏ n cb  Ưu điểm: Đây phương pháp điều chỉnh triệt để, vơ cấp có nghĩa điều chỉnh tốc độ vùng tải kể không tải lý tưởng  Nhược điểm: Phải cần có nguồn có điện áp thay đổi nên vốn đầu tư chi phí vận hành cao 1.5.3 Điều chỉnh tốc độ thay đổi từ thơng: + - U Iư Eư Ckt + Rkt - t Hình 5: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng Điều chỉnh từ thơng kích thích động điện chiều điều chỉnh moment điện từ động M = KMIư sức điện động quay động Eư = KEn Thông thường, thay đổi từ thơng điện áp phần ứng giữ ngun giá trị định mức Đối với máy điện nhỏ đơi máy điện cơng suất trung bình, người ta thường sử dụng biến trở đặt mạch kích từ để thay đổi từ thơng -9- tổn hao công suất nhỏ Đối với máy điện cơng suất lớn dùng biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, biến đổi van… Thực chất phương pháp giảm từ thơng Nếu tăng từ thơng dịng điện kích từ Ikt tăng dần đến hư cuộn dây kích từ Do đó, để điều chỉnh tốc độ giảm dịng kích từ tức giảm nhỏ từ thông so với định mức Ta thấy lúc tốc độ tăng lên từ thông giảm: n = Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch M n = KMIn nên giảm làm cho M n giảm theo Độ cứng đường đặc tính cơ: Khi giảm độ cứng  giảm, đặc tính dốc Nên ta có họ đường đặc tính thay đổi từ thơng sau: n ñm­>­1­>­2 ncb­